影响冲击载荷下脆性材料碎片尺度的因素

概括回顾近年我们针对脆性材料受冲击拉伸载荷时的断裂及破碎现象的理论分析及数值模拟成果。重点分析碎片尺度对材料参数及加载速率的依赖关系.通过量纲分析.动力学模拟以及数值实验.建立了一个酱适性的无量纲关系用以评估碎片尺度。

地基激光辐照近地轨道小尺度空间碎片作用规律研究

通过研究脉冲激光与铝靶碎片的膨胀运动以及冲量耦合的相互作用,仿真分析了铝靶碎片在等离子体作用下的速度和压力时空分布规律以及冲量耦合系数与激光功率密度之间的定量关系;在此基础上,建立了基于地基的脉冲激光辐照近地轨道小尺度空间碎片动力学变轨仿真模型,模拟研究了近地轨道小尺度空间碎片移除过程中轨道偏心率与近地点高度随激光脉冲数目变化的影响规律。结果表明:在最优冲量耦合系数作用下,当脉冲数目达到180次轨道偏心率为0.071时,基于此文的条件可实现近地轨道小尺度空间碎片的有效移除。预期成果可为高能激光移除近地空间碎片技术的应用提供技术指导。

脉冲激光辐照小尺度空间碎片的影响规律

通过建立了激光辐照小尺度空间碎片的物理模型。仿真分析了小尺度碎片的速度增量与激光功率密度的关系,讨论了不同功率密度下激光的有效作用时间以及不同脉宽下激光冲击波的传播波形和到达位置;在此基础上,模拟分析了冲量耦合系数随不同激光脉宽和功率密度的变化规律。结果表明:速度增量随激光功率密度的增加而增加,激光冲击波波形随脉宽增加有明显展宽,且在激光功率密度、脉宽一定条件下短波长可获得更大的冲量耦合系数。

旧城公共空间的碎片重组初探

该文从居民的日常生活和交往行为出发,引入环境心理学、行为学的相关理论,分析了城市公共空间大型化的消极影响,以及小尺度公共空间在旧城中的存在价值,最后提出"旧城公共空间碎片重组"的概念和初步方案。

固体的冲击拉伸碎裂

固体材料在冲击拉伸载荷作用下常常会断裂成多个碎片(碎片化),固体材料碎片化的物理机制是多点损伤同时在固体中成核和发展,导致固体多处破坏.自Mott对固体的动态碎裂问题进行了开创性研究后,几十年来,对固体动态碎裂机制的研究一直是应用物理学、力学、航天和兵器工程等领域共同关心的重要课题.本文介绍了在冲击拉伸载荷作用下固体的动态碎裂研究的发展历史,给出相关的理论分析、实验研究和数值模拟的研究进展,特别针对现有的各种关于碎片尺度、碎片分布、以及碎片化物理机制的理论模型进行了较详尽的阐述和讨论,最后指出现有实验和理论研究中仍然存在的关键科学问题及进一步的研究展望.

脆性固体中内聚断裂点阵列的扩张行为及间隔影响

建立一个一维模型,分析脆性材料中多个等间距虚拟断裂点在均匀应变率拉伸作用下的扩张断裂过程.采用线弹性波动方程组描述材料内部动力学关系,采用线性内聚力断裂模型(linear cohesive fracture model)描述虚拟断裂点的扩张行为,根据初始均匀拉伸条件和虚拟裂纹等间距假设给出定解条件,形成一个初边值问题.采用Laplace变换方法求解控制方程组,得到虚拟断裂点扩张过程中内聚应力随时间变化曲线,以及发生完全断裂的临界时间和单位裂纹体(碎片)的临界膨胀位移.在此基础上分析应变率和裂纹间距对碎裂发生时间及单元裂纹体临界膨胀位移的影响.在假设脆性材料在自然碎裂过程中单元裂纹体临界膨胀位移最小的基础上,进一步研究应变率对碎片尺度的影响.

韧性材料的高应变率拉伸碎裂过程及材料参数影响

Grady-Kipp将一个与断裂能量相关的内聚断裂模型引入Mott[1]的刚性卸载波分析,导出一个预测韧性材料在高速拉伸碎裂过程中产生碎片的平均尺度的计算公式[2].为定量评估Grady-Kipp公式的适用程度,采用数值方法模拟了具有不同材料参数的一维弹塑性杆在高应变率拉伸过程中的碎裂现象.通过改变材料的断裂能Gc、密度ρ、屈服应力A和应变率敏感系数C,模拟了杆在不同应变率ε下的碎裂过程,研究了材料参数对碎裂时的碎片尺度、表观断裂应变和断口温升等的影响.通过对应变率和碎片尺寸进行无量纲化,证实Grady-Kipp公式在广泛的材料参数范围内能较好地预测碎裂过程中发生的碎片平均尺寸的下限.

脆性固体碎裂过程中的最快卸载特性

脆性固体在高应变率拉伸过程中常破碎为多块碎片.论文通过一个一维理论模型,研究动态脆性碎裂过程中固体内部载荷卸载规律,以及碎片尺度的计算方法.假设一维固体中裂纹等间距分布、同时起裂,研究均匀应变率拉伸作用下裂纹阵列的扩张过程.采用线弹性波动方程组描述未断裂固体的动力学关系,采用粘滞断裂模型(cohesive fracture model)描述裂纹的扩张行为,形成完整的初边值问题.采用沿特征线的有限差分计算格式求解控制方程组,得到固体在碎裂过程不同时刻下单位裂纹体内部的应力分布曲线,以及单位裂纹体平均应力随时间的变化规律,确定单位裂纹体达到完全断裂所需要的时间.在给定应变率下,分析不同裂纹间距下的碎裂卸载时间,以及使单位裂纹体以最快速度完全卸载所对应的最佳裂纹间距,并以此间距估算脆性固体在自然动态碎裂过程中的平均碎片尺度.进一步研究了具有不同粘滞性断裂特性的脆性固体的碎片尺度计算数值的差异.